【導(dǎo)讀】全生產(chǎn)發(fā)揮了重要的作用。超聲波物位傳感器為煤礦安全檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)提供了實(shí)時(shí)物位。所以超聲波物位傳感器的研究具有重要的意義。本設(shè)計(jì)以STC89C52單片機(jī)為核心處理器，有電源模塊，超聲波模塊，溫度模塊，12864液晶顯示模塊，報(bào)警模塊，D/A轉(zhuǎn)換模塊，壓頻轉(zhuǎn)換模塊等組成。波傳播時(shí)間即可實(shí)現(xiàn)物位的測(cè)量。過D/A轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，再通過壓頻轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為頻率信號(hào)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，最后通過上位機(jī)顯示。達(dá)到工業(yè)要求，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

　　

【正文】 波輸入端 Trig置 0，產(chǎn)生一個(gè) 20us 的脈沖，通過超聲波發(fā)送電路即可發(fā)送超聲波。 超聲波接受子程序 超聲波接受子程序由外部中斷 0 控制。超聲波發(fā)送以后，打開總中斷，定時(shí)器 1 中斷以及外部中斷 0，當(dāng)接受端接受到返回的超聲波以后，進(jìn)入外部中斷，取出定時(shí)器 1中的值，即為超聲波傳播的時(shí)間。 12864 液晶顯示子程序 12864 液晶顯示子程序包括寫命令子程序，寫數(shù)據(jù)子程序和初始化子程序。具體程序如下： void write_12864(uchar ) { 開始初始化判斷按鍵是否按下NY測(cè)量溫度并顯示發(fā)射脈沖延時(shí)等待判斷接受標(biāo)志位su cceed _ fl ag 是否為 1NY計(jì)算距離判斷距離10 cm S 100 cm報(bào)警YN顯示距離 22 rw=0。 rs=0。 delay_50us(1)。 P0=。 en=1。 delay_50us(10)。 en=0。 delay_50us(2)。 } void write_12864dat(uchar dat) { rw=0。 rs=1。 delay_50us(1)。 P0=dat。 en=1。 delay_50us(10)。 en=0。 delay_50us(2)。 } void initinal(void) { delay_50us(2)。 write_12864(0x30)。 delay_50us(4)。 write_12864(0x30)。 delay_50us(4)。 write_12864(0x0f)。 delay_50us(4)。 write_12864(0x01)。 delay_50us(240)。 write_12864(0x06)。 23 delay_50us(10)。 } 需要顯示內(nèi)容時(shí)，先確定顯示的位置，再顯示需要顯示的內(nèi)容。本設(shè)計(jì)中，在單片機(jī)上電后顯示設(shè)計(jì)題目，指導(dǎo)老師以及學(xué) 生。在測(cè)距時(shí)，顯示距離及溫度等。以下為為單片機(jī)上電后顯示的內(nèi)容。 DS18B20 溫度子程序 DS18B20 溫度子程序包括 DS18B20 復(fù)位函數(shù)， DS18B20 寫字節(jié)函數(shù)， DS18B20 讀字節(jié)函數(shù)，溫度計(jì)算轉(zhuǎn)換函數(shù)和顯示函數(shù)，具體程序如下： void clearp() { unsigned char i。 p=0。 i=100。 while(i)。 p=1。 i=4。 while(i)。 while(p)。 while(~p)。 i=4。 while(i)。 } void wp(unsigned char aa) { unsigned int a。 unsigned char b。 bit btm。 for(b=1。b=8。b++) { btm = aaamp。0x01。 aa = aa1。 // 取下一位 if (btm) 24 { //寫 1 p = 0。 a++。a++。 // 延時(shí)，使得 15us 以內(nèi)拉高 p = 1。 a = 8。 while(a0) a。 // 使得寫 1 時(shí)不少于 60us } else { //寫 0 p = 0。 a = 8。 while(a0) a。 p = 1。 a++。 a++。 } } } unsigned int RdBit(void) { unsigned int c。 unsigned int d。 p = 0。 c++。 p = 1。 c++。c++。 // 延時(shí) 15us 以上 d = p。 c = 8。 while(c0) c。 return (d)。 } void start() 25 { clearp()。 delay(1)。 wp(0xcc)。 wp(0x44)。 delay(1000)。 clearp()。 delay(1)。 wp(0xcc)。 wp(0xbe)。 a=RdBit()。 b=RdBit()。 c=RdBit()。 d=RdBit()。 e=RdBit()。 f=RdBit()。 g=RdBit()。 h=RdBit()。 i=RdBit()。 j=RdBit()。 k=RdBit()。 l=RdBit()。 m=RdBit()。 n=RdBit()。 o=RdBit()。 q=RdBit()。 delay(1)。 } 蜂鳴器子程序 蜂鳴器子程序比較簡(jiǎn)單，只要在需要報(bào)警時(shí)使蜂鳴器輸入端口 P2^3 置 0，即可實(shí)現(xiàn)報(bào)警。 26 D/A 轉(zhuǎn)換子程序 D/A 轉(zhuǎn)換子程序如下： void DA_conver(uint Dignum) { uint Dig=0。 uchar i=0。 SCLK=1。 CS=0。 //片選有效 for(i=0。i16。i++) //寫入 16 為 Bit的控制位和數(shù)據(jù) { Dig=Dignumamp。0x8000。 if(Dig) { DIN=1。 } else { DIN=0。 } SCLK=0。 _nop_()。 Dignum=1。 SCLK=1。 _nop_()。 } SCLK=1。 CS=1。 } void Write_A_B(uint Data_A,uint Data_B,uchar Channal,bit Model) { uint Temp。 if(Model) 27 { Temp=0x4000。 } else { Temp=0x0000。 } switch(Channal) { case Channal_A: //A 通道 DA_conver(Temp|0x8000|(0x0fffamp。Data_A))。 break。 case Channal_B: //B 通道 DA_conver(Temp|0x0000|(0x0fffamp。Data_B))。 break。 case Channal_AB: DA_conver(Temp|0x1000|(0x0fffamp。Data_B))。 //Aamp。B 通道 DA_conver(Temp|0x8000|(0x0fffamp。Data_A))。 break。 default: break。 } } KEIL 簡(jiǎn)介 Keil 由美國(guó) Keil Software 公司開發(fā)，是目前世界上最好的 51 單片機(jī)開發(fā)工具之一。它支持匯編， C 語言及混合編程，同時(shí)具備功能強(qiáng)大的軟件仿真功能。安裝完 Keil后，即可用 Keil 編程。在 Keil uVision4 集成開發(fā)環(huán)境中有各種調(diào)試工具，命令菜單。圖 為 uVision4 的集成開發(fā)環(huán)境。 28 圖 uVision4的集成開發(fā)環(huán)境 在用 uVision 編程之前， 首先新建工程，在工程建立完畢后，選擇公司及芯片，因?yàn)椴煌吞?hào)的 51 芯片內(nèi)部資源是不同的。我們選擇的是 Atmel 器件組內(nèi)的 AT89C52。如圖 所示。 圖 器件選擇窗口 然后建立文件，將文件添加到工程當(dāng)中，然后就可以編寫程序。如圖 是將文件添加到工程中。 29 圖 添加源程序文件窗口 編好程序后將 Keil 生成的 Hex 文件燒錄到單片機(jī)中，如圖 為燒錄程序的界面。 圖 燒錄 程序界面 30 6 電路調(diào)試及誤差分析 電路的調(diào)試 通過多次實(shí)驗(yàn)，調(diào)試各模塊的功能，通過修改程序，不斷的調(diào)整算法，使得測(cè)量更加準(zhǔn)確。 系統(tǒng)誤差分析 溫度引起的誤差 當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，超聲波的傳播速度也發(fā)生了變化。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，干燥空氣中的聲速為 Vo=。在室溫為 t℃時(shí)，干燥空氣的聲速為 : TtVoV ?? 1 為了寫程序的方便，把方程式化簡(jiǎn)成 V= 。 發(fā)射探頭和接受探頭之間距離引起的誤差 超聲波發(fā)射 探頭和接受探頭之間的距離過小可能會(huì)影響超聲波的接受，超聲波發(fā)射探頭和接受探頭之間的距離過大時(shí)超聲波傳輸路徑不能近視為兩平行線，計(jì)算比較復(fù)雜。所以要合理的放置超聲波的發(fā)送和接受探頭。 31 7 結(jié)論與展望 結(jié)論 本設(shè)計(jì)是礦用超聲波物位傳感器的軟件設(shè)計(jì)，進(jìn)過調(diào)試可實(shí)現(xiàn)對(duì)物位的實(shí)時(shí)檢測(cè)。 本設(shè)計(jì)以 STC89C52 單片機(jī)為主控制器，核心器件是超聲波發(fā)送探頭和超聲波接受探頭，還有 DS18B20 溫度傳感器，蜂鳴器 ,D/A 轉(zhuǎn)換，壓頻轉(zhuǎn)換等。程序開始由單片機(jī)控制超聲波的發(fā)送，啟動(dòng)定時(shí)器 1，當(dāng)接受到返回 的超聲波后取出定時(shí)器 1 中的值，計(jì)算出超聲波發(fā)射點(diǎn)距離物位的距離，同時(shí)對(duì)測(cè)量的距離進(jìn)行溫度補(bǔ)償，以達(dá)到高的準(zhǔn)確度。最后將所測(cè)的距離一方面通過液晶顯示，另一方面通過 D/A 轉(zhuǎn)換和壓頻轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，最后通過上位機(jī)顯示。 本設(shè)計(jì)的超聲波物位傳感器具有速度快，精度高，控制簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，測(cè)量的范圍是10cm300cm，最小分辨率為 。 在設(shè)計(jì)的過程中，我們先調(diào)試各模塊的功能，最后將各模塊聯(lián)系起來，不斷完善程序，最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)物位的檢測(cè)?？偟膩碚f，我們?cè)谠O(shè)計(jì)的過程學(xué)到了很多知識(shí)，增強(qiáng)了動(dòng)手能力，這有利于我以后 的工作。 展望 在非接觸的物位測(cè)量技術(shù)方面，超聲波的應(yīng)用非常的廣泛，超聲波物位傳感器可實(shí)現(xiàn)智能化，小型化，可以適應(yīng)煤礦等復(fù)雜的環(huán)境。對(duì)于本設(shè)計(jì)的礦用超聲波物位傳感器可以有以下兩方面的擴(kuò)展： （ 1）在按鍵方面，可以多增加幾個(gè)按鍵，通過按鍵設(shè)置報(bào)警的距離。這樣可以使超聲波物位傳感器應(yīng)用與不同的場(chǎng)合。 （ 2）可以增加語音處理芯片，在危險(xiǎn)距離時(shí)實(shí)現(xiàn)語音提示，也可以實(shí)時(shí)的提供物位數(shù)據(jù)。 32 8 致謝 我要非常的感謝我的指導(dǎo)老師郭秀才老師，他淵博的知識(shí)，敬業(yè)的工作作風(fēng)，獨(dú)特的人格魅力，始終感染著我。從 開題報(bào)告，整個(gè)設(shè)計(jì)過程到最后的論文的寫作，他對(duì)我進(jìn)行了無私的指導(dǎo)和幫助，在設(shè)計(jì)的過程中出現(xiàn)了一些問題，老師給了我寶貴的意見，在他的幫助下，我順利的完成了本設(shè)計(jì)。 我要感謝我的搭檔劉志層，他雖然負(fù)責(zé)硬件的設(shè)計(jì)，在軟件設(shè)計(jì)方面，他也給了我不少的幫助。在編程序之前，我必須要對(duì)整個(gè)硬件電路非常熟悉，在硬件電路焊接好以后，他給我詳細(xì)的介紹了各個(gè)硬件的連接，使我對(duì)硬件的一些引腳連接都非常清楚。經(jīng)過對(duì)各模塊進(jìn)行調(diào)試以后，最后將各模塊的程序整合在一起，實(shí)現(xiàn)了對(duì)硬件的控制。 我要感謝大學(xué)四年中所有給我上過課的老師，是他們 傳授給我知識(shí)，是他們教會(huì)我如何學(xué)習(xí)。我還要感謝所有幫助過我的老師和同學(xué)，感謝你們陪我度過了這四年的大學(xué)生活。 33 9 參考文獻(xiàn) [1]郭秀才 ,楊世興 .監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)原理及應(yīng)用 .北京 .中國(guó)電力出版社 .2021 [2]柴鈺 .單片機(jī)原理及應(yīng)用 .西安電子科技大學(xué)出版社 . 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